小小有孔虫“讲述”“沧海桑田”大变迁

2017年11月30日08:33  来源:科技日报
 
原标题:小小有孔虫“讲述”“沧海桑田”大变迁

  它是古老的原生动物,5亿多年前就生活在海洋中;它小到肉眼难以发现,最大只有1厘米;但它身藏地球演化密码,既能知晓千万年前的海岸线在哪,也能从中感知当年的海洋温度和环境……它就是汪洋大海中的小不点——有孔虫。 

  在今年11月出版的国际期刊《古生物学杂志》上,中科院南京地质古生物研究所李保华研究员与中国地质大学(武汉)柯学博士等人对长江古下切河谷冰后期沉积物高分辨率有孔虫与古环境的研究成果。

  他们通过对海洋底栖有孔虫的研究,揭示出我国海岸线变化情况。研究显示,距今约7000年前后,我国长江三角洲地区曾是一片汪洋。而这一成果在当前不断升高的地球气温和海平面的大背景下,具有极高的警示意义和研究价值。

  地球气温剧变,东海曾经“沧海变桑田”

  大约2万年前,整个中国东部海平面发生了超过120米的大幅下降。台湾海峡曾露出海面成为陆地,整个东部海岸大陆架大部分露出水面,从中国到今天的日本,完全可以“步行”过去。

  从寒风刺骨的茫茫冰原,到温暖湿润的汪洋一片,只不过用了一万多年。那一次,地球像是在生病“打摆子”,“体温”稍稍变化了一些,就让我们最熟悉的我国东部沿海地区经历了一次“沧海桑田”的剧变。

  在7万年前,地球开始了一段漫长的寒冷时期。由于它是距今最近的一次冰期,科学家称之为“末次冰期”。

  它以北美洲及欧亚大陆的大片大冰原为中心,将凛冽的寒风吹遍了北半球。在冰期冰盛期(发生于约2.1万年前),全球陆地约有24%被冰覆盖,而现代仅有11%。我国的海洋温度下降达6℃—8℃,而位于北极圈内的格林兰可能比现在的温度低20℃。

  中科院南京地质古生物研究所李保华研究员告诉科技日报记者,由于大量海水在洋流、降水等因素的作用下进入极寒地区,就迅速地被冻住冰封起来,从而造成海平面大幅度地下降,整个中国东部海平面发生了超过120米的大幅下降。台湾海峡曾露出海面成为陆地,整个东部海岸大陆架大部分露出水面,从中国到今天的日本、韩国,完全可以“步行”过去。

  末次冰期的到来,让猛犸象等地球新霸主的逐一登场,同时也在地球表面留下了它的“脚印”——硬黏土层。

  “由于冰期很冷,所以沉积的泥土也非常致密,硬黏土层也就成为地质学上末次冰期的标志。”李保华说道,在东部沿海地区,向下挖10米或更深一点就有可能探到硬黏土层。

  而当冰期逐渐退去,暖风再次吹过大陆,海水又涌了回来。渤海、黄海、东海等地从桑田再次变回沧海。与此同时,温度的上升让海洋中的生物也繁盛起来。这些生物随着海岸线向大陆的扩张,在所到之处也留下了它们的痕迹。

  古海岸线在哪,科学家找出有孔虫“来作证”

  距今约7000年前,我国东部海面上升到最高水位,比现在高2米左右。在如今的扬州、镇江地区,就已是长江的出海口,而上海在那时只是“海上”。

  气温上升,海平面上涨,近海的大片陆地被淹没……7000年前的那一幕与今日的地球所面临的险境何其相似。

  2011年,中科院启动“应对气候变化的碳收支及相关问题”专项研究,李保华等科研人员承担了其中的“大暖期中国环境格局”子课题研究项目。大暖期,即指6000—7000年前地球那段温暖的时期。

  当时的海岸线究竟在哪里?海平面是升高还是降低了?同时,这段时期我国东部海平面变化幅度及其对应的具体时间,受此前材料和技术所限,一直存在较大争论。这些问题,科学家们都急切地想要找到答案。

  为了准确回答,李保华想到了有孔虫。早在攻读硕士研究生期间,他就对这个小不点感到着迷。

  “有孔虫只生活在海洋中,死亡后沉到海底,在大洋底层的沉积物中往往有大量有孔虫化石。”李保华说,科学家们根据这些化石进行地层划分,甚至可以根据有孔虫化石数量和大小的变化,判断出地球气候上的冷暖变化,推测地球的沧桑变迁。

  他们在上海崇明岛、江苏扬州、南通等不同地区钻孔,对长江三角洲地区常见的26个底栖有孔虫种进行了详细的研究。由于有孔虫的不同类型和丰富程度可以指示不同水深,研究人员一方面利用有孔虫化石还原海洋水深状况,另一方面通过碳十四测定化石年龄,以此精确测出我国东部海平面高度变化所对应的时间。

  研究显示,距今约7000年前,我国东部海面上升到最高水位。当时海平面比现在高2米左右。现在的长江三角洲地区,北至江苏连云港,南至浙江杭州等地,多被海水淹没。在如今的扬州、镇江地区,就已是长江的出海口,而上海在那时只是“海上”。

  到距今约6000年前后,海平面开始回落,形成现在的长江三角洲河口环境。有趣的是,李保华在江苏昆山地区还发现一种7000年前的牡蛎,它紧密、竖直地埋藏在地下2—3米,体长超过半米,年龄达百岁以上。这说明,温暖的气候和海洋环境,对生物生长产生了明显的影响。

  “冷暖自知”的有孔虫,记录地球环境演变

  地球气候的变化是周期性的,而通过研究有孔虫化石就可以揭示出古海洋环境变化的丰富信息,再现整个西太平洋地区50万年前古环境变化过程。

  有孔虫从几亿年前诞生到现在,共有2—3万种,目前地球现存的有孔虫仍有上千种。

  李保华告诉记者,有孔虫犹如一粒沙子,多数的个头只有几百微米大小。它的最外面一层是碳酸钙壳,壳上有孔,伪足可以从孔中伸出来捕捉食物。它们喜欢吃硅藻和其他微型藻。有孔虫分为在海洋表层生活的浮游型和深藏海底的底栖型。其中,以底栖有孔虫为多,底栖者可以用伪足进行有限的运动,每小时能移动1—6厘米。

  或许很多人会小瞧它,与人类相比,有孔虫是何等的原始、渺小。但是,让科学家感兴趣的是它的独特身体构造:从壳中探测镁离子的浓度就可以计算出当时的环境温度;而通过加速器碳十四的方法,又可准确测得其生活的年代。

  人们相信,地球气候的变化是周期性的,西太平洋低纬区被科学界认为是整个地球的水汽和能量的重要来源,而通过研究有孔虫化石,就可以揭示出古海洋环境变化的丰富信息,再现整个西太平洋地区50万年前古环境变化过程。这样,科学家对古海洋气候变化的全貌就有了清晰的认识。

  据推算,大暖期地球平均气温比现在高1℃—2℃。而上升2℃正是当今世界各国在气候政策上已经达成的共识——这是一条不可逾越的线。

  因为从地球历史上来看,2℃的气候变化甚至可以忽略不计,但是对于人类文明而言,这样的变化可能造成很多毁灭性的后果。比如我国东部沿海是经济最发达地区,海平面上升轻则造成海水倒灌入侵、土地盐碱化,重则导致上海、杭州等大城市完全被海水吞没。

  “近几十年来,温室气体导致全球显著变暖,研究地质史上不同时期的气候对应的环境和生物变化,对现在的环境研究和政策制定也有重要参照意义。”李保华说,可利用有孔虫化石,来了解地球地质演化过程,认识海洋变迁的规律,为人类更好地利用海洋、保护环境提供科学依据。

  (图片由受访者提供)

(责编:张歌、曹昆)

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